ELEKTROMANYETİK DALGALARIN ÇEVREYE VE YERLEŞİM ALANLARINA ETKİSİ

M.A. STUCHLY K.H. MILD Çeviren: Onur KARAVELİOĞLU

Elektromanyetik alan tanımı birkaç Hz'den onlu GHz'lere kadar geniş bir aralığı kapsar. Bu frekanslarda oluşan dolaşır alanlar genelde oldukça zayıftır. Elektromanyetik alan ve dalgalar insanlığın yararına çeşitli amaçlarda kul lanılır, fakat bu kullanım kişilerin maruz kalabilecekleri değişik düzeylerde alanın artışını da sıkça beraberinde getirir. Elektromanyetik dalgaların biyolojik etkiler mey dana getirdiği bilindiğinden, gerektiğinde çevrede ve etrafta karşılaşılabilecek elektromanyetik alanı izlemek ve zararlarından korunabilmek için, kontrolda bulundu rulması gerekir.

İnsanların elektromanyetik alana maruz kalmalarıyla bir likte, dalgaboyu ile kıyaslandığında alan kaynağı ile etki lenme konumu arasındaki uzaklık küçük olan bu durum, elektrik ve manyetik alan şiddeti cinsinden ifade edil miştir. Bu durumun çevreye etkisi çoğunlukla birkaç on MHz'in altında oluşur. Daha yüksek frekanslarda ve rad yasyon kaynağından uzakta elektrik veya manyetik alandan biri etki düzeyini açıklamak için yeterlidir (Elek trik ve manyetik alan arasındaki ilişki sabittir). Pratikte güç yoğunluğu, yüksek frekanslarda kullanılan bir para metredir.

İnsan yapımı elektromanyetik alanların ana kaynakları; elektrik üretim ve dağıtım sistemleri, telekomünikasyon, radar ile endüstri ve medikal uygulamalardır. Bu yazıda sunulan elektromanyetik yayılmanın toplum ve çalışan ları üzerindeki etkileri hakkında geçmişten günümüze elde edilen genel bilgilerdir.

GÜÇ HATTI FREKANSLARI

Elektrik gücü AC sistemlerde hemen hemen 50 60 Hz'de üretilir, iletilir ve dağıtılır DC dağıtım günümüzde çok na dir kullanılmaktadır. Bu durum gelecekte elbette değişe bilir.

Bu frekanslardaki elektrik alanları, taşıtlarda, ev yapıları ile taşıyıcı hatların metal kulelerinde toplanır. Nemli

ahşap kulelerde elektrik alanı için toprağın yakınında be lirli bir toplayıcı yer oluşturur. Yüksek alan şiddeti yalnız taşıyıcı kulelerin ayaklan altındaki açıklıkta bulunulurlar. Bu gibi yerlerde insanların karşılaştığı tipik maksimum al an 735 kV hattı için 10 kV/m, 1300 kV hattı için ise 1 kV/ m'dir. Alan gücü mesafenin azalması ile birlikte ani bir şekilde düşüş gösterir. Örneğin, hattın merkezinden 100 metre mesafede, alan gücü 50 V/m'dir. Yüksek gerilimli bir merkezde, 20 kV/m'e kadarki çevreye etkisi, devre açıcı/kapatıcılarının ve diğer yüksek gerilim cihazlarının yanında oluşur. Buna rağmen, çalışmalar göstermiştir ki çevreyi etkileme dozu pratikte oldukça düşüktür. De vamlı gözlemler, tipik bir etkinin günde (yüz saniyelik bir müddet için) 2.4 ile 4.0 V/m arasında olduğunu göster miştir.

Güç frekanslarındaki kuvvetli elektrik alanları taşıyıcı hatların yakınında bulunandan tamamen ayrı bir çevre faktörüdür. Endüstri setindeki veya evlerdeki güç kablo larında oluşan güçlü elektrik alan, kablo çapına göre sınırlıdır. Bu kısımlar dışında, yalnızca çok düşük volt/m deki zayıf alanlara rastlanır.

Yüksek gerilimli güç taşıyıcı hatlarındaki manyetik alan, hattaki akıma bağlı olarak değişir. Hattın 0.5'ten 2 am pere kadar taşıdığı akım, hat merkezinden 40 metre uzaklıkta 10 u Pdan 40 uT ya kadar bir manyetik akı yoğunluğu oluşturur (Havada ve diğer malzemelerde 1 H.T = 0.796 A/m'dir). Akı yoğunluğu, mesafenin azal masıyla ani olarak bir düşüş gösterir ve merkez hat tından 100 metre mesafede 1 uT civarındadır. Düşük ge rilimli dağıtım hatları, yüksek gerilimli taşıyıcı hatlardan fazla manyetik alan oluşturabilirler. Evlerin içindeki man yetik alan şiddetini saptamak için birçok çalışmalar yapılmıştır. Tipik manyetik akı yoğunlukları 0.05 ten 0.5 \ıTe kadar değişmektedir. Yerel olarak birkaç |iT değer lerine Radar oluşabilir.

Evlerdeki elektrikli aletlerin çevresindeki alan geniş bir aralıkta değişir. Elektrik alan gücünün tipik değeri onlar

ca civarında V/m düzeyindedir. Buna rağmen, elektrikli battaniyeler ve su yatakları daha yüksekalan oluş tururlar (30 sn uzaklıkta 250 V/m). Manyetik akı yoğun luğu, aletten 30 sm uzaklıkta 0,01'den 30 uTe kadar değişiklik gösterebilir.

HABERLEŞME VE RADAR UYGULAMALARINDA RADYO VE MİKRODALGALAR

Onlarca kHz'den onlarca GHz'lere kadar aralığı bulunan, radyo yayınından radara kadar haberleşmeyi kapsayan radyo dalgalarının ve mikrodalgaların kullanımı gitgide artmaktadır. Radyofrekans radyasyonunun nüfusa olan etkisi kapsamlı bir şekilde A.B.D. Çevre Koruma Büro su'nca araştırılmıştır. Radyo yayın servisleri kısmen bu UHF ve VHF bantlarını kullanarak dolaşan RF alanlarının ana kaynağını oluşturmuşlardır. Bilgisayar algoritmala rına bağlı olarak onbeş büyük şehrin birçok sitelerinde yapılan ölçümlerde tahmin edilen etki düzeyinin 0,05 uW/ sm2 olduğu sonucuna varılmıştır. Nüfusun yalnızca yüz de birinin 1u.W/sm2'den yüksek seviyeye maruz kaldık ları saptanmıştır.

Nüfusun elektromanyetik radyasyona maruz kalması, genellikle havaalanı, denizci ve polis radarları gibi kay naklarda oluşur ve düşüktür. Örneğin polis radarı için ti pik maruz kalma düzeyi 1u,W/sm2'dir.

Bu düzeyin yerleşim alanlarına göre derecesi önemli ölçüde değişir. Çoğu haberleşme ve radar çalışanları düşük güçte bir alana maruz kalırlar (bu güç Standard değerlerin altındadır), bazıları yüksek düzeyde RF rad yasyonuna maruz kalabilirler. Yüksek düzeyde maruz kalış, genellikle yüksek güç taşıyıcı antenlerinin yakı nında olur. Buna rağmen taşıyıcı odalarındaki ve taşıyıcı kulelerinin tabanındaki, komşu yüksek binalardaki ve çevredeki elektromanyetik alan 1u,W/sm2'nin altındadır. Gemilerdeki sınırlı uzay koşulları, radyo taşıyıcı müda haleleri bile ANSI (Amerikan Ulusal Standartlar Ensti tüsü) standartları altındadır. FM veya TV yayını kulele rine tırmanan çalışanlar 900 V/m'lik bir elektrik alanına ve 5 A/m'lik manyetik alana maruz kalabilirler. Başka bir yüksek etkilenme durumu da taşıyıcı kabinlerinin iç kilit leri bozulduğunda ve kapıları nakil sırasında açıksa ger çekleşebilir.

Radar sistemleri antenin ekseni üzerinde kuvvetli bir elektromanyetik alan oluştururlar. Buna rağmen çoğu sistemlerde ortalama alan şiddeti antenin döndürülme siyle azaltılmıştır (tipik bir değer olarak 100 ila 1000 ara sında bir orana kadar). Sabit antenlerde, anten eksenin deki yüksek güç yoğunlukları (1000 W//sm2 veya daha fazla) antenden biraz yükseğe çıkarılmıştır. Bu sistemler normalde bu düzende çalışmasa da, kontrol ölçümleri benzer durumlardaki kazalarda etkinin yükselmesini önlemek için yapılmalıdır.

Taşınabilir ve seyyar radyo taşıyıcıları genel nüfusun ve çalışanların etkilenmesi için diğer bir nedendir. Elektrik ve manyetik alan şiddetleri bu aygıtlarınkine çok yakın dır. Anteninki, düşük çıkış gücü olmasına karşın oldukça yüksektir. Buna rağmen cihazı kullananın tüm vücuttaki enerji depolama oranı uzaktakinin etki düzeyine oranla düşüktür. Yüksek düzeyde enerji depolama oranı belirli bir bölgede oluştuğunda, daha geçerli bir tehlike ölçüm sistemi oluşturulmalıdır. Peşisıra, insan vücudunda enerji depolama oranı yakın alan antenlerinde ölçülmeli

ve bu veri taşınabilir taşıyıcıların etkisinin tehlikesini kestirebilmek için kullanılmaktadır.

ENDÜSTRİ VE BÜRODAKİ ELEKTROMANY ETİK DALGALAR

Değişir (alternating) elektromanyetik dalgalardan en düstride iletken ve yarı iletkenin işlenmesinde gerekli ısı yararlanılır. Tipik değer olarak, yüz kW civarında defler ler kullanılır ve güç hatlarının işlem frekans aralığı birkaç on MHz'e kadardır, elektroçelik ve kaynak endüstrile rinde, manyetik akı yoğunluğu 50 Hz'de 10 mT olanlar üretilir. 1000 Hz'in altında indüksiyon ısıtmasında ellerin 1 ile 25 mT arasındaki etkilenmesine karşılık tüm vücut 0.1 ile 0.7 mT arasında etkilenir. Yüksek frekanslarda 2uT'lik akı yoğunluğu işlem sırasındaki etkilenmenin göstergesidir. Çalışanların maruz kaldığı indüksiyon ısıları 300 kHz 100 MHz aralığında aralığında 0.1'den 1.7 A/m'ye kadar değişir (görev devir düzeltmesi dışın da). Yöntem yüksek akım ve düşük voltaj gerektirdiğin den indüksiyon ısıtıcılarının yakınındaki elektrik alan şid deti düşüktür. Seyrek olarak, yüzlerce V/m'deki alanlara da rastlanmaktadır.

RF enerji bazı endüstri yöntemleri için ısı yalıtkanı madde lerde kullanılır. En yaygını mühür plastikleridir. Diğer kul lanımları tahta parçalarının ve panellerin ayrılan parçala rının birleştirilmesi için gereken tutkalın kurutulması, yapıları ısıtma ve kağıttır. Radyofrekans ısıtıcıları genel likle endüstriyel, bilimsel ve medikal frekanslardan birin de çalışırlar (13.56, 27.12 veya 40.68 MHz). Birkaç kW dan yüksek kVV'lara kadar çıkış gücü ve korunmasız elektrotların kullanımı bir ısıtıcının etrafında daha yüksek bir RF oluşturabilir. A.B.D.'deki araştırmalar korumasız cihazların kullanıcılarının % 60'ının 200 V/m'den fazla elektrik alanına maruz kaldıklarını, bunlardan da % 29'u nun 0.5 A/m'den çok manyetik alana maruz kaldıklarını göstermiştir. Buna benzer sonuçlar bir Kanadalı araştır macı tarafından da kaydedilmiştir. Buna karşın, ANSI standardlarında çok daha düşük bir yüzdenin, tüm vücut sınırı olan 0.4 W/kg ile çelişeceği bir gerçektir. Alan şid deti için yapılan ölçümler ve salgın bilimi (epidemiology) çalışmalarının bir kısmı İsveçli RF çalışanlarınca gerçek leştirilmiştir. Bu durumdakilerin % 55'inin elektrik şiddeti 300 V/m'den, manyetik şiddeti de 0.8 A/m'den fazladır.

RF ısıtıcılarının radyofrekans alanında kullanıcılarını etki lemesi büyük bir endişe oluşturmaktadır. İstenmeyen yüksek alanlar oluşturması, yanında, RF ısırıcıları rezo nans emici bölgesine yakın çalıştığı frekanslarda insan vücudu tarafından topraklanır. Böylece, bu cihazların yakınında çalışanlar önemli miktarda başıboş (stray) enerji emerler. Bu istenmeyen alanı azaltmak için, ya elektrot sisteme kılıf oluşturmak ya da bu etkiyi idari düzenleme ile yok etmek gerekir. Günümüzdeki video gösterim aygıtlarının (VDA) kullanı mının artmasıyla birlikte, elektromanyetik alanın büro çevresiyle ilgili sorunları alevlendirdiği görülmüştür. Bu aygıtlar etraflarında 60 Hz frekansta tipik değerler olarak 0.1 u.T ve 0.3 uT akı yoğunluğu, daha yüksek frekanslar da, yüzeyine yakın yerlerde 5 uTe kadar varan yoğun luklar oluştururlar. 50 60 Hz frekanslardaki alanlar VDA' da yalnız bir değer göstermez, fakat diğer elektrikli aygıtlara göre çok daha yüksek düzeyler oluşturur. Ya tay dönme sistemi elektron ışınlarının ekranı taraması için düzenlenmiştir ve 15 25 kHz arası alan oluştururlar. Akı yoğunluğu onlarca uT düzeyindedir ve işlem sırasın

da zaman türevi aralığı 7'den 400 mT/sn*ye kadar deği şir. İşlem anında elektrik alanı ise 1 ile 15 V/m (rms) ara sında değişir, fakat yüzeye yakın bölgelerde ve VDA' ların arasında çok daha yüksek alanlara rastlanabilir.

TIPTA ELEKTROMANY ETİK ALANIN ETKİSİ

Elektromanyetik alanların ilk uygulaması ısı tedavisin deydi. İki biçimi en çok kullanılırdı; bunlar kısa dalga (27 MHz civarında) ve mikrodalgaydı (2450 MHz ci varında). Hastaya olan etki bölgeseldi ve süresi sınırlıydı (15 ila 30 dakika arası), fakat doku ısısında önemli düzeyde yükselme yapabilecek yüksek bir şiddeti vardı. Kısa dalgada elektrikli ısı tedavisinde 60 V/m ve 0.16 A/ m etki işlem sırasında normal olarak oluşuyordu. Daha yüksek alanlar ise elektrotlara ve kablolara yakın yer lerde oluşuyordu.

Son yıllarda, elektromanyetik dalgalar kanser terapi sinde başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. Elektrikli ısı te davisinde, hasta yüksek elektromanyetik alana sınırlan mış bir süre maruz kalmaktadır. İşlemin etkisi hakkında ufak da olsa bir bilgi mevcuttur. Etki alanı civarında olan bir cihazın 13.56 MHz frekansta çalıştığı ve gövde, kalça ve boyun ısıtılmasında kullanıldığı bilinmektedir. Bobin ti pine ve gücüne göre, kullanıcı etkisinin ANSI sınırlarını, kullanıcının cihazın bobininden 0.3 ile 1 metre arasında uzaklıkta olduğunda aştığı belirlenmiştir. Değişik biçim lerde manyetik alan kırık kemiklerin kaynamasını kolay laştırmak için kullanılmaktaydı. Genelde 15, 50 ve 75 Hz frekanslarında uygulanan bu yöntem dışında 1 Hz'de çalışan bir sistem de kulanılmaktaydı. Maksimum man yetik alan yoğunluğu 1 ila 30 mT arasında değişmektedir. Daha yüksek frekanslarda (MHz seviyesinde) manyetik alan oldukça düşük frekansdaki vuru modülasyonuyla yaraların iyileştirilmesinde kullanılmaktadır. Bu durum için alan şiddeti çok daha düşüktür.

Tıbbi teşhislerde, nükleer manyetik rezonans (NMR) görüntülemesinde manyetik alanların birleştirilmesinde RF alan kullanılmaktadır. Şimdiki sistemler 6'dan 1p0 MHz'e kadar değişen aralıklarda çalışır. Birçok ülkede

(A.B.D., İngiltere, Fransa) ANSI standartlarına yakın yol gösterici bilgiler hastanın maruz kalacağı RF alanın sınırını bildirmek üzere dağıtılmıştır. Hastaya gönderilen NMR bilgileri RF alanını da hemen hemen kapsadığında işlem sırasındaki etki gerçekte sıfırdır.

SONUÇLAR

Yaygınlaşan ve gittikçe gelişen elektromanyetik dalga ların değişik insan uygulamalarında kullanılması insan ların tehlikeye maruz kalma durumunu gitgide artırmıştır.

Çevrede dolaşan alanlar genelde düşüktür, etkinin ana kaynağı elektrik dağıtım şebekeleri, elektrik aletleri, diğer elektrikli ve elektronik cihazlar ile radyo ve televiz yon yayın dalgalarıdır.

Bu iş alanlarında çalışan işçiler yüksek bir alanla karşı karşıya kalmaktadırlar. Uygun kontrol ölçümleri yapılı yorsa da bu etki düzeyi sınırları aşabilir. Aşırı dozaja ma ruz kalma yalnızca FM ve TV yayını kulelerine tırma nanlar ile iletişim ve radar malzemeleri servis çalışanları için potansiyel olarak vardır. ANSI standartlarındaki gerçek etki düzeyleri RF endüstrisindeki yalıtkan ısıtı cıların kullanıcıları için araştırılmıştır. Indüksiyon ısıtıcıla rın ve kaynakların kullanıcılara etkisini şu anda bilebil mek güçtür, çünkü cihazların çalıştığı frekanslar için hiçbir etkilenme standardı yoktur. Kısa dalga diatermi ya da RF hipertermi gibi tıbbi aygıt kullanıcıları, uygun süreçler izlenmezse yüksek alanların etkisi altında kala bilirler. Genelde bazı çalışanlar da aşırı dozajda elektro manyetik dalgalara maruz kalabilir. Bu alan zararlı ola bileceğinden, çalışanları dikkatli olmaya zorlamak için dozaj standartları ve kontrol programlarına gereksinim vardır.

Özgün Metin: "Environmental and Occupational Expo sure to Eleetromagnetic Fields" IEEE Engineering in Med icine and Biology Magazine, Vol. 6, No. 1 (Mart 1987).

DUYURU

Y ILDIZ ÜNİVERSlJESl MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

"ÜLKEMİZİN KALKINMASINDA MÜHENDİSLİĞİN ROLÜ" SEMPOZYUMU

20 24 Haziran 1988

Yıldız Üniversitesi Merkez Kampusu Yıldız İstanbul

Y azışma adresi: "Ülkemiz Kalkınmasında Mühendisliğin Rolü" Sempozyumu Düzenleme Kurulu Y ıldız Üniversitesi Mühendislik Fakültesi 80750 Y ıldız İSTANBUL